主成分与聚类分析法评价细茎石斛的矿质元素营养价值

李兆云，李辉，夏雪芬，杨琦

(德宏师范高等专科学校 德宏生物医药工程研究中心，云南 芒市 678400)

0 引言

细茎石斛Dendrobium moniliforme(L.)Sw，为兰科石斛属多年生草本植物，生于海拔590～3 000 m的阔叶林中树干上或山谷岩壁上，别名铜皮石斛、清水山石斛等[1]，近年来研究发现，其含有的氨基酸和矿物质元素，发挥着重要的生理、生化功能。矿物质元素通过与蛋白质和其他有机基团结合，在体内形成了激素、酶、维生素、细胞因子等生物大分子。一些金属离子在维持核酸的双螺旋结构与核蛋白结构方面具有重要作用，矿物质元素如锌、铜、锰对机体免疫功能有重要作用[2-3]。铁是造血过程中的必需的元素之一，是组成血红蛋白的必要部分。本实验采用原子吸收光谱法对其进行矿物质元素测定并采用SPSS20.0的主成分分析和聚类分析法对测定结果进行评价分析，探讨其中矿物质元素含量测定及评价方法，拟为完善细茎石斛的质量标准提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

收集云南省蒙自市、屏边县、宁洱县、思茅区、建水县、瑞丽市、绿春县和广西来宾市、广东清远市、福建南平市等地的细茎石斛，经德宏师范高等专科学校施洪教授鉴定为细茎石斛。

1.2 仪器和试剂

DHG-9140电热鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)；CP214分析天平(奥豪斯国际贸易上海有限公司)；Mars6微波消解仪(美国培安公司)；900T型原子吸收光谱仪(珀金埃尔默股份有限公司)，EHD-24型消解仪(北京东航科仪仪器有限公司)；元素单标溶液浓度为1 000 μg/mL(国家有色金属及电子材料分析测试中心)；锌元素空心阴极灯(北京有色金属研究总院)；其他元素灯为原装灯。高纯氮气(质量分数为99.99%)，硝酸钯10 000.0×10-6(珀金埃尔默股份有限公司)，优级纯浓硝酸(西陇化工股份有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 样品处理

将石斛样品鲜条用超纯水洗净，切片晾干，55 ℃烘干至恒重，粉碎，过80目筛备用。

1.3.2 矿物质元素的测定

(1)供试品溶液及空白对照溶液制备。精密称取细茎石斛样品0.1 g样品，置于聚四氟乙烯(PTFE)消解罐中，加人8 mL浓硝酸，120 ℃预消解，直至冒白烟，消化液呈透明或略带黄色，冷却至常温后将消解罐放入微波消解仪中消解，最后挥干浓硝酸约剩余1 mL，将样品用超纯水定容至50 mL，作为母液使用。精密吸取母液1 mL，置50 mL量瓶中，加水定容，作为K、Ca、Mg测定液。母液用于其他测定其他元素，采用以上步骤同法制备空白对照品溶液。

(2)标准标准溶液制备与测定。以0.5%硝酸稀释，配制成相应浓度的标准溶液，均有良好的线性关，如表1所示。

表1 各元素的线性方程及相关系数

2 结果与分析

2.1 矿物质元素的分析

通过检测不同产石斛地中经含有K、Ca、Mg、Fe、Mn、Na、Zn、Cr、Cu、Pb、Cd等矿物质元素，K、Ca、Mg的含量较高，除去前3种宏量必需元素，其他Fe、Mn、Na、Zn、Cu等人体必需元素含量也相对较高，其中Fe的平均含量最高199.35 mg/kg，Cu的平均含量最低2.75 mg/kg。

2.2 主成分分析

如表2所示，矿物质元素第1、2、3个主成分的累积方差贡献率达到了84.25%，且特征根λ1=3.87、λ2=3.24、λ3=2.15、均大于1，说明前3个因子包含了所测矿物质元素含量的大量信息，在矿物质元素含量测定评价中起主导作用。故选取前3个主要成分，其中第1主成分的方差贡献率为35.20%，且第1主成分中Mn、Ca、Cu、Mg的系数占较大比重，在第1主成分起主导作用，第2主成分的方差贡献率为29.49%，Zn、Na、Pb、Cd元素成在第2主成分中起主导作用。由于第1、2主成分方差贡献率占总方差的64.69%，综合考虑Mn、Ca、Cu、Mg、Zn、Na为细茎石斛的特征性元素。矿物质元素主成分与综合主成分得分及排序如表2所示。

表2 矿物质元素主成分特征值和方差贡献率

2.3 矿物质元素综合得分及评价

由表3矿物质元素主成分与综合主成分得分及排序来看，云南宁洱的F值最高矿物质元素含量最佳、其次是云南思茅、云南绿春。云南屏边的F值最低，矿物质元素含量最差、在云南宁洱、云南思茅两个得分高的石斛样品中，K、Ca、Fe、Mg、Cu等矿物质元素含量较高，而得分低的云南屏边的石斛样品中K、Ca、Fe、Mg、Cu等矿物质元素含量较低。说明矿物质元素与产地存在一定的相关性。

表3 矿物质元素主成分与综合主成分得分及排序

2.4 聚类分析

将各矿物质元素含量数据导入分析软件SPSS 20.0中进行聚类统计分析，基于矿物质元素量可将10个不同产地的细茎石斛分为2大类，其中云南宁洱、云南思茅、福建南平和云南建水聚为一类，其余剩下的6组聚为一类。

3 结语

细茎石斛含有丰富的人体必需金属元素，根据WM/T2—2004《药用植物及制剂外经贸绿行业标准》[4]规定的“Pb≤5.0 mg/kg Cu≤20.0 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg”，从表可以看出Cd有不同程度的超标，Pb、Cu均未超标，Cd进入体内多年后可引起骨痛等症状[5]。由于种植方式，生长环境影响，还有Cd在体内的富集情况仍需进一步研究，所以提倡无公害化种植石斛也是一条可行的路径。其他元素限量总体上是安全的。矿物质元素主成分分析结果表明，Fe、Zn、Mn、Ca、Mg为细茎石斛特征元素，聚类分析图中云南宁洱、云南思茅、福建南平和云南建水聚为一类，其余剩下的6组聚为一类，细茎石斛矿物质元素含量一定的地域性差异。聚类分析的结果可以为评定细茎石斛提供参考依据。